离子取代与复合探索新型紫外深紫外非线性光学晶体

The project focus on borates and beryllium borates, mainly research the effects of the two structural design methods of ion substitution and introduction of mixed-cation on crystal structure, and to obtain new UV and deep UV nonlinear optical crystal materials. Using high-temperature solid-phase synthesis and liquid-phase synthesis technologys to achieve the controlling synthesis of the high purity target compounds. Then the new crystals will be grown through various crystal-growth methods, including flux method, one-pot method and hydrothermal method. The crystal structures of new (beryllium) borates can be determined by single-crystal diffraction and powder diffraction refinement. Through analyzing the regulation law of the two structural design methods on crystal structure, we will find out the approach for how to obtain excellent nonlinear optical crystals. The nonlinear optical coefficient can be determined using the powder second harmonic generation (SHG) technology experiment. Combining the theory calculation, the application prospects of new non-linear optical materials in the UV and DUV region will be assessed. Thus, the mutual relations and internal mechanisms of ion composition, crystal structure and nonlinear optical properties of new beryllium borates and borates will be further revealed.

本项目主要以硼铍酸盐和硼酸盐为研究对象，重点研究通过离子取代与引入复合阳离子两种结构设计手段调控晶体结构，获得新型紫外深紫外非线性光学晶体材料。对结构设计后的目标化合物采用高温固相合成和液相合成等技术，实现高纯目标化合物的控制合成。结合助溶剂法、一锅法及水热法多种晶体生长方法生长新型化合物单晶。利用单晶结构解析和粉晶结构精修技术确定新型硼（铍）酸盐化合物的晶体结构。通过分析两种结构设计方法对晶体结构的调控规律，总结如何获得优秀的非线性光学晶体。采用粉末倍频技术确定非线性光学晶体的宏观倍频系数，结合理论计算，评估新型非线性光学材料在紫外深紫外区的应用前景。旨在揭示新型硼酸盐及硼铍酸盐化合物的离子组成、晶体结构与非线性光学性能的相互关系与内在作用机制。

紫外深紫外非线性光学晶体可以通过变频技术将调范围有限的激光光源扩展到紫外区以及深紫外区从而在激光技术领域有重要的应用价值。近二十年来，一系列紫外非线性光学晶体被相继发现，如BaB2O4(BBO)、LiB3O5(LBO)、CsB3O5(CBO)等，为了发现能输出更短波长的非线性光学晶体，探索新型紫外深紫外非线性光学晶体已经成为当今晶体科学中的研究热点之一。本项目以硼铍酸盐和硼酸盐为主要研究对象，通过设计离子取代与引入复合阳离子两种结构设计手段调控晶体结构，获得新型紫外深紫外非线性光学晶体材料。对结构设计后的目标晶体利用高温固相、液相合成和水热合成等技术实现晶体的控制合成。利用单晶结构解析和粉晶结构精修确定其晶体结构，采用粉末倍频技术确定非线性光学晶体的宏观倍频系数，结合理论计算，评估新型非线性光学材料在紫外深紫外区的应用前景。通过项目研究，获得了具有较高宏观倍频系数的新型硼酸盐和铍硼酸盐晶体Na2Be4B4O11、LiNa5Be12B12O33，同时还获得了较高纯度的Bi2O2CO3、Bi2O2(OH)(NO3)、AgIO3多晶样品。其中Na2Be4B4O11和LiNa5Be12B12O33具有深紫外光透过能力，其最短吸收边分别可达171nm和169nm，并具有比KDP更大的宏观倍频系数。本项目研究发现了多种新型具有较好紫外深紫外光透过性和较大宏观倍频系数的非线性光学晶体，并发现多种铋系、银系极具应用前景的新型深紫外非线性光学晶体材料。